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時間測定装置 UPDATE 外国出願あり

国内特許コード P170014177
整理番号 8358
掲載日 2017年6月5日
出願番号 特願2015-008638
公開番号 特開2016-133419
出願日 平成27年1月20日(2015.1.20)
公開日 平成28年7月25日(2016.7.25)
発明者
  • 大島 隆
  • 大竹 雄次
  • 前坂 比呂和
  • 松原 伸一
出願人
  • 国立研究開発法人理化学研究所
  • 公益財団法人高輝度光科学研究センター
発明の名称 時間測定装置 UPDATE 外国出願あり
発明の概要 【課題】2つのパルス信号(トリガ信号)間の時間間隔を高精度に測定することが可能な時間測定装置を提供する。
【解決手段】カウンタ部30は、開始トリガ信号及び停止トリガ信号の入力タイミング間の時間間隔をクロック周期の整数倍で検出する。BPF11、21は、開始トリガ信号及び停止トリガ信号におけるクロック周波数の信号成分を抽出し、位相検出部13、23は、それらの抽出信号とクロック信号との位相差を検出する。演算部40は、カウンタ部30の検出結果Nと位相検出部13、23の検出位相差φstr、φstpに基づき、上記時間間隔(TINT)をクロック周期よりも小さな分解能にて求める。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


開始トリガ信号と停止トリガ信号の時間間隔を測定する際、開始トリガ信号のアップエッジのタイミング(立ち上がりのタイミング)と停止トリガ信号のアップエッジのタイミングとの間に、基準クロックのゼロクロスが何回あったかをカウンタを用いて計数する。この方式では、基準クロックの周期の整数倍の分解能しか得られない。そこで、クロック周期未満の測定分解能を得るべく様々な方法が提案されている。



図20は、クロック周期未満の測定分解能を得ることが可能な従来の時間測定装置の概略構成図であり、図21は、図20の時間測定装置の動作説明図である(例えば特許文献1参照)。図20の時間測定装置では、コンデンサCを予め一定電圧に充電しておく。そして、トリガパルスを受けたタイミングでスイッチSWをオンにしてコンデンサCを定電流回路に接続し、コンデンサCの蓄積電荷の放電を開始する。放電は、トリガパルスの後に基準クロックを受けたタイミング(基準クロックのアップエッジタイミング)で、スイッチSWのターンオフにより停止する。放電によるコンデンサCの両極間の電圧変化ΔVをAD変換器により読み取る。定電流回路を用いて放電される積分電荷量は放電時間に比例するため、電圧ΔVは、トリガパルスと基準クロックとの時間差ΔTに対応した値を持つ。故に、電圧ΔVからクロック周期未満の時間間隔についての情報が得られる。

産業上の利用分野


本発明は、時間測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
各々がパルス状の第1対象信号及び第2対象信号の入力タイミングの時間間隔を測定する時間測定装置であって、
所定のクロック周波数及びクロック周期のクロック信号を用い、前記クロック周期を単位として前記時間間隔を検出する周期数検出部と、
前記第1及び第2対象信号の内の少なくとも一方をフィルタ対象信号として受けて前記フィルタ対象信号から前記クロック周波数の信号成分を抽出するバンドパスフィルタを有し、その抽出信号と前記クロック信号との位相差を検出する位相検出ユニットと、
前記周期数検出部の検出結果と前記位相検出ユニットによる検出位相差を用い、前記クロック周期よりも小さな分解能にて前記時間間隔を求める演算部と、を備えた
ことを特徴とする時間測定装置。

【請求項2】
前記フィルタ対象信号と前記クロック周波数を有する基準クロック信号とのタイミング関係に基づき、前記基準クロック信号と同一又は異なる位相を有するクロック信号を選択的に出力するクロック選択部を更に備え、
前記位相検出ユニットは、前記バンドパスフィルタの抽出信号と前記クロック選択部の出力クロック信号との位相差を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の時間測定装置。

【請求項3】
前記クロック選択部は、前記タイミング関係に基づき、前記基準クロック信号と同一の位相を有する又は前記基準クロック信号の位相を反転させたクロック信号を選択的に出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の時間測定装置。

【請求項4】
測定される前記時間間隔は、前記第1対象信号の信号レベルが所定の第1レベルから所定の第2レベルに遷移したタイミングと、前記第2対象信号の信号レベルが前記第1レベルから前記第2レベルに遷移したタイミングとの間の時間長さであり、
前記クロック選択部は、前記フィルタ対象信号の信号レベルが前記第1レベルから前記第2レベルに遷移したタイミングが、前記基準クロック信号の位相における90°から270°の範囲に属するとき、前記基準クロック信号と同一の位相を有するクロック信号を出力する一方、そうでないとき、前記基準クロック信号の位相を反転させたクロック信号を出力する
ことを特徴とする請求項3に記載の時間測定装置。

【請求項5】
前記第1対象信号と前記クロック周波数を有する原クロック信号とのタイミング関係に基づき、前記原クロック信号と同一又は異なる位相を有するクロック信号を選択的に出力する第1クロック選択部と、
前記第2対象信号と前記第1クロック選択部の出力クロック信号とのタイミング関係に基づき、前記第1クロック選択部の出力クロック信号と同一又は異なる位相を有するクロック信号を選択的に出力する第2クロック選択部と、を更に備え、
前記位相検出ユニットは、
前記第1対象信号から前記クロック周波数の信号成分を抽出する第1バンドパスフィルタを有し、前記第1バンドパスフィルタの抽出信号と前記第1クロック選択部の出力クロック信号との位相差を検出する第1位相検出ユニットと、
前記第2対象信号から前記クロック周波数の信号成分を抽出する第2バンドパスフィルタを有し、前記第2バンドパスフィルタの抽出信号と前記第2クロック選択部の出力クロック信号との位相差を検出する第2位相検出ユニットと、から成り、
前記演算部は、前記周期数検出部の検出結果と前記第1及び第2位相検出ユニットによる検出位相差とを用いて、前記クロック周期よりも小さな分解能にて前記時間間隔を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の時間測定装置。

【請求項6】
前記第1クロック選択部は、前記第1対象信号と前記原クロック信号とのタイミング関係に基づき、前記原クロック信号と同一の位相を有する又は前記原クロック信号の位相を反転させたクロック信号を選択的に出力し、
前記第2クロック選択部は、前記第2対象信号と前記第1クロック選択部の出力クロック信号とのタイミング関係に基づき、前記第1クロック選択部の出力クロック信号と同一の位相を有する又は前記第1クロック選択部の出力クロック信号の位相を反転させたクロック信号を選択的に出力する
ことを特徴とする請求項5に記載の時間測定装置。

【請求項7】
測定される前記時間間隔は、前記第1対象信号の信号レベルが所定の第1レベルから所定の第2レベルに遷移したタイミングと、前記第2対象信号の信号レベルが前記第1レベルから前記第2レベルに遷移したタイミングとの間の時間長さであり、
前記第1クロック選択部は、前記第1対象信号の信号レベルが前記第1レベルから前記第2レベルに遷移したタイミングが、前記原クロック信号の位相における90°から270°の範囲に属するとき、前記原クロック信号と同一の位相を有するクロック信号を出力する一方、そうでないとき、前記原クロック信号の位相を反転させたクロック信号を出力し、
前記第2クロック選択部は、前記第2対象信号の信号レベルが前記第1レベルから前記第2レベルに遷移したタイミングが、前記第1クロック選択部の出力クロック信号の位相における90°から270°の範囲に属するとき、前記第1クロック選択部の出力クロック信号と同一の位相を有するクロック信号を出力する一方、そうでないとき、前記第1クロック選択部の出力クロック信号の位相を反転させたクロック信号を出力する
ことを特徴とする請求項6に記載の時間測定装置。

【請求項8】
前記周期数検出部は、前記第1対象信号及び前記原クロック信号に基づく信号と、前記第2対象信号及び前記第1クロック選択部の出力クロック信号に基づく信号を用いて、前記クロック周期を単位として前記時間間隔を検出する
ことを特徴とする請求項5~7の何れかに記載の時間測定装置。

【請求項9】
前記位相検出ユニットは、
前記第1対象信号から前記クロック周波数の信号成分を第1抽出信号として抽出する第1バンドパスフィルタを有し、その第1抽出信号と前記クロック信号との位相差を検出する第1位相検出ユニットと、
前記第2対象信号から前記クロック周波数の信号成分を第2抽出信号として抽出する第2バンドパスフィルタを有し、その第2抽出信号と前記クロック信号との位相差を検出する第2位相検出ユニットと、を備え、
前記演算部は、前記周期数検出部の検出結果と前記第1及び第2位相検出ユニットによる検出位相差とを用いて、前記クロック周期よりも小さな分解能にて前記時間間隔を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の時間測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015008638thum.jpg
出願権利状態 公開
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